工程结构抗震设计教学课件 作者 王显利第4章 .ppt

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1、第四章砌体结构房屋抗震设计砌体结构通常是指用烧结普通粘土砖、烧结多孔粘土砖或混凝土小型砌块砌筑的结构。工程中常用的砌体结构房屋包括多层砌体房屋、底部框架砌体房屋和内框架砌体房屋。砌体结构材料便宜,施工简单,造价低廉,但其自重大,抗拉、抗剪强度低,其抗震性能相对较差。研究表明,砌体结构只要通过合理的抗震设计,采用适当的抗震措施,并保证施工质量,在地震后可以保持完好或裂而不倒。在一些中小城市、地区等,砌体结构仍有很大的应用前景。因此研究并提高这类结构的抗震能力也是十分重要的。本章着重介绍砌体结构的震害状况、破坏机理、抗震设计方法和相关的构造措施。4.1震害现象及其分析

2、4.1.1多层砌体房屋的震害砌体震害主要是由墙体和构件间的连接破坏引起的。构造措施和施工质量对其抗震性能也有很大影响,从国内外历次地震可以看到砌体结构主要破坏形式有以下几种:1.墙体破坏墙体破坏主要是横墙(包括山墙)、纵墙墙面出现斜裂缝、交叉裂缝、水平裂缝和竖向裂缝等,严重者可导致墙体倾斜、错动和倒塌破坏。斜裂缝主要是由于地震作用下,平行地震作用的墙体内产生的主拉应力超过其主拉应力强度时而造成的。建筑物底部地震剪力较建筑物上部的大,故这种裂缝一般底层比上层严重。在房屋的横向,由于山墙的刚度大,分配的地震作用大,而其上的压应力又比一般的横墙小,使得两段山墙上最易出现

3、这种裂缝;在纵向的窗间墙或窗肚墙(窗洞上下间墙)上也常出现交叉裂缝。高烈度地区,可能造成交叉裂缝所分割墙体两端的三角块体被挤出脱落,承重的墙体不能支承上层垂直荷载和水平地震力的共同作用而发生严重导致倒塌事故。中等破坏,窗肚墙有X形裂缝,其余墙体完好。(唐山大地震,1976)轻微破坏。内部间隔墙震裂,结构完好。(台湾集集大地震,1999)2.墙体局部倒塌(1)墙角破坏墙角为纵横墙的交汇点,地震作用下其应力状态极其复杂,因而其破坏形态多种多样,有受剪斜裂缝,也有受压的竖向裂缝,严重者则发生外墙角部墙体局部倒塌。墙角破坏(唐山大地震)(2)纵横墙连结处破坏纵横墙交接处出

4、现竖向剪切裂缝,严重时纵横墙脱开,外纵墙倒塌。3.楼梯间破坏地震时楼梯间墙体的震害一般都比较严重。由于楼梯间横墙间距比一般房间横墙间距小,使得楼梯间横墙水平抗剪刚度较其他部位大,分担的水平地震剪力也较大;另因楼梯间的墙体在高度方向缺乏有力支撑,空间刚度差,使得墙体在水平地震作用下易产生斜裂缝或交叉裂缝而发生破坏。4.楼板与屋盖的破坏楼、盖是房屋建筑在地震时传递水平地震的主要传力和受力构件。无论是现浇或装配式楼盖,在地震中很少因楼盖(或屋盖)本身承载力、刚度不足而破坏的。一般现浇楼盖往往因墙体倒塌而破坏;装配式楼盖则可能因在墙体上的支承长度过小,或由于板与板之间缺乏

5、足够的拉结,或因墙体开裂、错位、倒塌而塌落破坏。5.房屋附属物的破坏房屋的附属物是指、女儿墙、出屋面烟囱、附墙烟囱或垃圾道、突出屋面的屋顶间等。附属物破坏的主要原因是这些构件与建筑物本身连接较差,地震时受到“鞭梢效应”的影响,地震反应强烈,破坏率极高。6.房屋的全部倒塌在强烈地震作用下,当结构底层墙体不足以抵抗强震作用下的剪力时,则易造成底层先塌,从而引起上层的倾倒,导致房屋整体破坏。若房屋上部自重大、刚度差或砌体强度差时,则易造成上部先塌,底层被砸,使房屋全部倒塌。房屋倒塌破坏4.1.2底部框架砌体房屋的震害底部框架砌体结构不同于多层砌体结构在于:其底部和上部墙

6、体的刚度相差很大;纵向抗震墙因使用方面考虑可能偏置一边,造成底部质量中心和刚度中心不重合而产生较大的扭转效应。底部框架砖房的底部无抗震墙时,震害将集中在底部框架部分。主要表现在底部框架丧失承载力或因变形集中、位移过大而破坏。4.1.3多层内框架砌体房屋的震害多层内框架房屋的震害,既有类似于多层砌体房屋的地方,也有多层框架梁柱破坏的特点。从历次地震的震害来看,内框架房屋顶层纵墙是薄弱环节,其次是底层横墙。内框架的内柱顶端和底部产生水平裂缝或斜向裂缝,严重者混凝土破碎、崩落,钢筋压曲及钢筋混凝土大梁在靠近支座的地方产生斜裂缝等也是其主要震害形式。根据国内多年的研究和分

7、析资料可知,内框架房屋的震害原因如下:1)内框架房屋顶层纵墙的破坏,主要是由于地震时内框架柱与外墙砖壁柱的振动不一致,砖墙的抗剪和抗拉强度远比框架柱低,故易造成外墙壁柱产生水平断裂,或者纵向墙窗台上下由于弯曲造成水平裂缝。2)横墙的斜向或交叉斜裂缝破坏,主要是由于横墙作为内框架结构中的主要抗侧力构件,其刚度比内框架梁柱要大得多,因此在地震时将承受很大的水平力而最先破坏,形成斜向或交叉裂缝。3)内框架结构梁柱节点的破坏,主要发生在横墙间距过大的结构中。4.2砌体结构的抗震概念设计4.2.1多层砌体房屋抗震的概念设计包括合理的建筑和结构布置,房屋的总高度、总层数的限制

8、、高宽比的

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